本發(fā)明屬于電子設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種數(shù)字式程控恒流源裝置。

背景技術(shù)：

恒流源在LED驅(qū)動(dòng)、激光器驅(qū)動(dòng)、傳感器驅(qū)動(dòng)、各種輝光放電光源驅(qū)動(dòng)等很多領(lǐng)域內(nèi)都有重要的應(yīng)用。在某些特定應(yīng)用領(lǐng)域內(nèi)，恒流源輸出電流的穩(wěn)定度至關(guān)重要，如在激光器驅(qū)動(dòng)應(yīng)用中，微小的電流變化將導(dǎo)致輸出光功率和激射波長(zhǎng)的極大變化，這些變化直接危及器件的安全使用。常用的提高電流穩(wěn)定度的措施包括：1、利用磁飽和電抗器的非線性磁化原理提高穩(wěn)定性；2、在負(fù)載回路中串聯(lián)大電阻(相對(duì)于負(fù)載電阻)；3、通過負(fù)反饋網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)電流自動(dòng)穩(wěn)定。在這幾種方案中，第一種方案受器件本身的影響較大，對(duì)穩(wěn)定度的提高有限；第二種方案由于在負(fù)載回路中串聯(lián)了大電阻，可有效地減小負(fù)載電阻的變化對(duì)輸出電流的影響，但由于負(fù)載回路中大電阻的存在，使得在電源電壓一定的情況下輸出很小的電流，一般只能在毫安級(jí)，而且大部分電壓都降在了大電阻上，也使得效率極低；第三種方案由于負(fù)反饋網(wǎng)絡(luò)本身具有的自動(dòng)調(diào)整功能，可以使輸出電流自動(dòng)穩(wěn)定，而不受負(fù)載變化的影響，因此是目前提高電流穩(wěn)定度的最有效的方法，但目前已公開的技術(shù)中，一般都是采取單一的線性反饋網(wǎng)絡(luò)，這種方案的缺點(diǎn)在于：首先，一旦反饋網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)故障，系統(tǒng)將處于開環(huán)工作狀態(tài)，輸出電流將急劇增大，很容易損壞負(fù)載和電路本身；其次，使用場(chǎng)合受到限制，只能應(yīng)用在負(fù)載對(duì)電流是線性響應(yīng)的場(chǎng)合，在某些特定場(chǎng)合下，如負(fù)載對(duì)電流的響應(yīng)存在延遲或超前的情況，這種基于單一線性反饋網(wǎng)絡(luò)的恒流源的恒流效果會(huì)大打折扣。

與本發(fā)明最接近的現(xiàn)有技術(shù)是本課題組于2015年申請(qǐng)的發(fā)明專利“一種基于雙環(huán)負(fù)反饋的恒流源裝置”，申請(qǐng)?zhí)枮?01511009383X，該申請(qǐng)利用雙環(huán)負(fù)反饋的方式結(jié)合PID自動(dòng)控制技術(shù)，有效地提高了恒流源的穩(wěn)定性，尤其解決了傳統(tǒng)技術(shù)中基于單一反饋網(wǎng)絡(luò)的恒流源對(duì)非線性負(fù)載響應(yīng)問題。

但專利201511009383X所公開的技術(shù)完全是基于模擬電路實(shí)現(xiàn)的，這種電路存在諸多缺點(diǎn)，功能比較單一，只能單機(jī)工作，無法利用微機(jī)進(jìn)行程控，而且一旦發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)存在不足需要升級(jí)換代時(shí)，只能重新設(shè)計(jì)及制作硬件電路，使得系統(tǒng)的可擴(kuò)展及靈活性受到極大的限制。另外，專利201511009383X在系統(tǒng)的安全性方面還存在一定的不足：1、系統(tǒng)沒有電壓監(jiān)測(cè)模塊，一旦負(fù)載過小或短路，整個(gè)電源電壓幾乎全部會(huì)降在內(nèi)部的功率管兩端，在功率管上產(chǎn)上較大功率，從而燒壞功率管；2、系統(tǒng)沒有溫度監(jiān)測(cè)模塊，當(dāng)系統(tǒng)使用不當(dāng)或某些不可預(yù)測(cè)因素導(dǎo)致電路內(nèi)容主要器件過熱時(shí)，不能及時(shí)采取有效的保護(hù)措施；3、系統(tǒng)啟動(dòng)輸出電流時(shí)，輸出電流直接達(dá)到設(shè)定值，這種陡峭的電流上升沿會(huì)對(duì)負(fù)載造成上電沖擊，降低負(fù)載的使用壽命。因此，目前已公開的恒流源技術(shù)還需要進(jìn)一步完善。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是，克服背景技術(shù)中的不足，提供一種基于單片機(jī)控制的具有程控功能的數(shù)字式恒流源。

本發(fā)明的技術(shù)問題通過以下技術(shù)方案解決：

一種數(shù)字式程控恒流源，結(jié)構(gòu)有輸出模塊9和前面板11，其特征在于，結(jié)構(gòu)還有單片機(jī)模塊1、顯示模塊2、指示燈模塊3、按鍵模塊4、編碼器模塊5、PC程控模塊6、軟啟動(dòng)模塊7、數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊8和采樣監(jiān)測(cè)模塊10；

所述的單片機(jī)模塊1的結(jié)構(gòu)為，單片機(jī)U1的電源端和接地端分別接+5V電源和數(shù)字地，電源端還通過電容C1接數(shù)字地，端口X1和端口X2之間接晶振Y1，端口X1和端口X2還分別通過電容C2和電容C3接數(shù)字地，端口P00～端口P07分別通過電阻R1～電阻R8接+5V電源，所述的單片機(jī)U1的型號(hào)是STC89C51。

所述的顯示模塊2的結(jié)構(gòu)為，顯示屏U2的端口D0～端口D7分別接單片機(jī)U1的端口P00～端口P07，顯示屏U2的端口EN、端口R/W和端口RS分別接單片機(jī)U1的端口P10、端口WR和端口RD，顯示屏U2的端口VL和端口BL-接數(shù)字地，端口BL+接滑動(dòng)變阻器P1的滑線端，端口VDD和端口VSS分別接+5V電源和數(shù)字地，端口VDD和端口VSS之間還接有電容C4，滑動(dòng)變阻器W1的一端接+5V電源，另一端接數(shù)字地，所述的顯示屏U2的型號(hào)為L(zhǎng)CD1602；

所述的指示燈模塊3的結(jié)構(gòu)為，電阻R15～電阻R20的一端分別接單片機(jī)U1的端口P11～端口P16，電阻R15～電阻R20的另一端分別接場(chǎng)效應(yīng)管Q1～場(chǎng)效應(yīng)管Q6的柵極，場(chǎng)效應(yīng)管Q1～場(chǎng)效應(yīng)管Q6的源極均接模擬地，漏極分別通過電阻R9～電阻R14接發(fā)光二極管D1～發(fā)光二極管D6的陰極，發(fā)光二極管D1～發(fā)光二極管D6的陽極均接+12V電源；

所述的按鍵模塊4的結(jié)構(gòu)為，開關(guān)S1、開關(guān)S2的一端與電容C5、電容C6的一端均接數(shù)字地，開關(guān)S1的另一端和電容C5的另一端相連，同時(shí)接電阻R21的一端和施密特觸發(fā)器U3A的輸入端，電阻R21的另一端接+5V電源，開關(guān)S2的另一端和電容C6的另一端相連，同時(shí)接電阻R22的一端和施密特觸發(fā)器U3B的輸入端，電阻R22的另一端接+5V電源，施密特觸發(fā)器U3A、施密特觸發(fā)器U3B的輸出端分別接單片機(jī)U1的端口P17和端口P20；

所述的編碼器模塊5的結(jié)構(gòu)為，旋轉(zhuǎn)編碼器Encoder1的1腳接電阻R23的一端、電容C7的一端和施密特觸發(fā)器U3C的輸入端，2腳接電阻R24的一端、電容C8的一端和施密特觸發(fā)器U3D的輸入端，3腳接數(shù)字地，電阻R23和電阻R24的另一端均接+5V電源，電容C7和電容C8的另一端均接數(shù)字地，施密特觸發(fā)器U3C和施密特觸發(fā)器U3D的輸出端分別接單片機(jī)U1的中斷口INT0和中斷口INT1；

所述的PC程控模塊6的結(jié)構(gòu)為，電平轉(zhuǎn)換芯片U4的端口VCC和端口GND分別接+5V電源和數(shù)字地，端口V+通過電容C9接+5V電源，端口V-通過電容C10接數(shù)字地，端口C1+和端口C1-之間接電容C11，端口C2+和端口C2-之間接電容C12，端口T1IN和端口R1OUT分別接單片機(jī)U1的端口TXD和端口RXD，端口R1IN和端口T1OUT分別接D形接口J1的3腳和2腳，D形接口J1的5腳接數(shù)字地，所述的電平轉(zhuǎn)換芯片U4的型號(hào)是MAX232，D形接口J1是一個(gè)9針D形接口；

所述的軟啟動(dòng)模塊7的結(jié)構(gòu)為，電阻R25的一端接單片機(jī)U1的端口P21，另一端接三極管T1的基極，三極管T1的發(fā)射極接+5V電源，集電極接電阻R26的一端、電容C13的一端和場(chǎng)效應(yīng)管Q7的柵極，電阻R26和電容C17的另一端均接模擬地，場(chǎng)效應(yīng)管Q7的源極接模擬地，漏極記為端口SoftStart，與輸出模塊9的端口SoftStart_in相連；

所述的數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊8的結(jié)構(gòu)為，數(shù)模轉(zhuǎn)換器U5的數(shù)字信號(hào)輸入端口與單片機(jī)U1的端口P0相連，數(shù)模轉(zhuǎn)換器U5的端口BYTE1/BYTE2與單片機(jī)U1的端口P22相連，數(shù)模轉(zhuǎn)換器U5的端口CS與單片機(jī)U1的端口P23相連，數(shù)模轉(zhuǎn)換器U5的端口WR1、端口WR2均與單片機(jī)U1的端口WR相連，端口XFER與單片機(jī)U1的端口RD相連，數(shù)模轉(zhuǎn)換器U5的電源端接+5V電源，端口DGND接數(shù)字地，端口AGND和端口Iout2接模擬地，端口Rfb通過可調(diào)電阻W1接模擬地，端口Iout1接運(yùn)放U6A的同相輸入端，運(yùn)放U6A的正負(fù)電源端分別接+12V電源和模擬地，反相輸入端和輸出端之間接可調(diào)電阻W2，反相輸入端還通過電阻R27接模擬地，數(shù)模轉(zhuǎn)換器U5的參考電壓輸入端Vref記為端口V_refer_in，接采樣監(jiān)測(cè)模塊10中的端口V_refer，運(yùn)放U6A的輸出端記為端口I_ctr，與輸出模塊9中的端口I_ctr_in相連；所述的數(shù)模轉(zhuǎn)換器U5的型號(hào)是DAC1232LCJ；

所述的輸出模塊9的結(jié)構(gòu)為，電阻R30的一端接+12V電源，另一端接電容C14的一端、可調(diào)電阻W3的一端、運(yùn)放U6B的反相輸入端和運(yùn)放U7A的輸出端，電容C14的另一端接運(yùn)放U6B的輸出端、電容C15的一端和電阻R31的一端，電容C15的另一端接模擬地，電阻R31的另一端接達(dá)林頓管TN1的基極，運(yùn)放U6B的同相輸入端接電阻R28的一端，并作為軟啟動(dòng)輸入端，記為端口SoftStart_in，接軟啟動(dòng)模塊7的端口SoftStart，電阻R28的另一端作為電流控制輸入端，記為端口I_ctr_in，接數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊8的端口I_ctr，可調(diào)電阻W3的另一端接電阻R32的一端，電阻R32的另一端接電阻R29的一端和運(yùn)放U7A的反相輸入端，電阻R29的另一端接模擬地，運(yùn)放U7A的正負(fù)電源端分別接+12V電源和模擬地，達(dá)林頓管TN1的集電極接+12V電源，發(fā)射極作為輸出端正極，記為端口Out+，運(yùn)放U7A的同相輸入端接電阻Rs1的一端，并作為輸出端負(fù)極，記為端口Out-，電阻Rs1的另一端接模擬地；

所述的采樣監(jiān)測(cè)模塊10的結(jié)構(gòu)為，模數(shù)轉(zhuǎn)換器U11的端口CLK通過電容C16接數(shù)字地，片選端口CS接單片機(jī)U1的端口P24，讀、寫端口RD、WR分別接單片機(jī)U1的讀、寫端口RD、WR，端口HBEN接單片機(jī)U1的端口P25，端口SHDN接+5V電源，模數(shù)轉(zhuǎn)換器U11的數(shù)據(jù)輸出端和單片機(jī)U1的端口P0按高位對(duì)高位、低位對(duì)低位的方式依次相連，模數(shù)轉(zhuǎn)換器U11的端口Vdd接+5V電源，端口DGND接數(shù)字地，端口AGND接模擬地，端口INT接單片機(jī)U1的端口P26，端口CH3～端口CH7均接模擬地，端口REF和端口REFADJ分別通過電容C18和電容C17接模擬地，端口REF還接運(yùn)放U7B的同相輸入端，運(yùn)放U7B的反相輸入端和輸出端相連，并作為參考電壓端，記為端口V_refer，接模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊8的端口V_refer_in，模數(shù)轉(zhuǎn)換器U11的端口CH2接滑動(dòng)變阻器P2的滑線端，滑動(dòng)變阻器P2的一端接模擬地，另一端接運(yùn)放U8B的輸出端，運(yùn)放U8B的輸出端和反相輸入端之間接電阻R33，反相輸入端還接電阻34的一端和可調(diào)電阻W4的一端，電阻R34的另一端接電阻R35的一端和運(yùn)放U8A的輸出端，可調(diào)電阻W4的另一端接電阻R36的一端，電阻R35和電阻R36的另一端均接電阻R37的一端和運(yùn)放U8A的反相輸入端，電阻R37的另一端接模擬地，運(yùn)放U8A的正負(fù)電源端分別接+12V電源和模擬地，運(yùn)放U8B和運(yùn)放U8A的同相輸入端分別作為電壓采樣輸入的正、負(fù)極，記為端口V_sample+和端口V_sample-，分別接輸出模塊9的端口Out+和端口Out-，運(yùn)放U9A的正負(fù)電源端分別接+12V電源和模擬地，同相輸入端作為電流采樣端，記為端口I_sample，接輸出模塊9的端口Out-，運(yùn)放U9A的反相輸入端接電阻R44的一端和電阻R45的一端，電阻R45的另一端接模擬地，電阻R44的另一端接可調(diào)電阻W5的一端，可調(diào)電阻W5的另一端接運(yùn)放U9A的輸出端和模數(shù)轉(zhuǎn)換器U11的端口CH1，穩(wěn)壓二極管D7的陰極接+5V電源，陽極接電阻R42的一端和運(yùn)放U10A的同相輸入端，電阻R42的另一端接模擬地，運(yùn)放U10A的正負(fù)電源端分別接+12V電源和模擬地，反相輸入端和輸出端之間接電容C19，輸出端還通過電阻R41接三極管T2的基極，反相輸入端還接電阻R43的一端和三極管T2的發(fā)射極，電阻R43的另一端接+5V電源，三極管T2的集電極接電阻R38的一端和熱敏電阻Rt1的一端，熱敏電阻Rt1的另一端接模擬地，電阻R38的另一端接運(yùn)放U9B的同相輸入端，運(yùn)放U9B的反相輸入端接電阻R39的一端和電阻R40的一端，電阻R40的另一端接模擬地，電阻R39的另一端接可調(diào)電阻W6，可調(diào)電阻W6的另一端接運(yùn)放U9B的輸出端和模數(shù)轉(zhuǎn)換器U11的端口CH0；熱敏電阻Rt1、達(dá)林頓管TN1和電阻Rs1均貼在同一塊散熱片上，所述的模數(shù)轉(zhuǎn)換器U11的型號(hào)是MAX197；

所述的前面板11的結(jié)構(gòu)有，顯示屏1101、電源開關(guān)1102、顯示模式選擇按鍵1103、限制電流指示燈1104、輸出電流指示燈1105、輸出電壓指示燈1106、參數(shù)調(diào)節(jié)旋鈕1107、低壓報(bào)警指示燈1108、過熱報(bào)警指示燈1109、軟啟動(dòng)按鍵1110、電流輸出指示燈1111和電流輸出端口1112；其中，顯示屏1101是顯示模塊2中所述的顯示屏U2，型號(hào)為L(zhǎng)CD1602，電源開關(guān)1102是整個(gè)裝置的總開關(guān)，顯示模式選擇按鍵1103和軟啟動(dòng)按鍵1110分別是按鍵模塊4中所述的開關(guān)S1和開關(guān)S2，限制指示燈1104、輸出指示燈1105、輸出電壓指示燈1106、低壓報(bào)警指示燈1108、過熱報(bào)警指示燈1109和電流輸出指示燈1111這6個(gè)指示燈分別是指示燈模塊3中所述的發(fā)光二極管D1～發(fā)光二極管D6，參數(shù)調(diào)節(jié)旋鈕1107是編碼器模塊5中所述的旋轉(zhuǎn)編碼器Encoder1，電流輸出端口1112的正負(fù)極分別與輸出模塊9的端口Out+、端口Out-相連。

本發(fā)明的一種數(shù)字式程控恒流源中，各元件優(yōu)選參數(shù)為：電阻R1～電阻R25均為10kΩ，電阻R26為5MΩ，電阻R27～電阻R29均為10kΩ，電阻R30為1MΩ，電阻R31為0.1kΩ，電阻R32～電阻R36均為180kΩ，電阻R37～電阻R42均為20kΩ，電阻R43為24kΩ，電阻R44為100kΩ，電阻R45為10kΩ，電阻Rs1為0.1Ω，滑動(dòng)變阻器P1、滑動(dòng)變阻器P2均為200kΩ，可調(diào)電阻W1、可調(diào)電阻W2和可調(diào)電阻W6均為10kΩ，可調(diào)電阻W3為50kΩ，可調(diào)電阻W4為200kΩ，可調(diào)電阻W5為100kΩ，熱敏電阻Rt1為10kΩ@25℃負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻，晶振Y1為12MHz，電容C1為0.1uF，電容C2、電容C3均為30pF，電容C4為0.1uF，電容C5～電容C8均為0.47uF，電容C9、電容C10均為0.1uF，電容C11～電容C13均為1uF，電容C14、電容C15均為0.47uF，電容C16為100pF，電容C17為0.01uF，電容C18為4.7uF，電容C19為0.1uF，場(chǎng)效應(yīng)管Q1～場(chǎng)效應(yīng)管Q7均為k1482，達(dá)林頓管TN1為TIP132，三極管T1、三極管T2均為s9012，穩(wěn)壓二極管D7為2.5V，施密特觸發(fā)器U3A～施密特觸發(fā)器U3D是一個(gè)型號(hào)為SN7414的集成施密特觸發(fā)器的4個(gè)工作單元，運(yùn)放U6A和運(yùn)放U6B是一個(gè)型號(hào)為TLC2252的集成雙運(yùn)放的2個(gè)工作單元，運(yùn)放U7A和運(yùn)放U7B是第二個(gè)型號(hào)為TLC2252的集成雙運(yùn)放的2個(gè)工作單元，運(yùn)放U8A和運(yùn)放U8B是第三個(gè)型號(hào)為TLC2252的集成雙運(yùn)放的2個(gè)工作單元，運(yùn)放U9A和運(yùn)放U9B是第四個(gè)型號(hào)為TLC2252的集成雙運(yùn)放的2個(gè)工作單元，運(yùn)放U10A是第五個(gè)型號(hào)為TLC2252的集成雙運(yùn)放的一個(gè)工作單元。

本發(fā)明的一種數(shù)字式程控恒流源中，所述的熱敏電阻Rt1最好放置在電阻Rs1和達(dá)林頓管TN1的中間，且熱敏電阻Rt1與電阻Rs1和達(dá)林頓管TN1的距離均為3cm。

有益效果：

1、本發(fā)明利用單片機(jī)進(jìn)行控制，功能更靈活，功能更豐富，升級(jí)換代更方便。

2、本發(fā)明具有程控模塊，可方便與微機(jī)相連，以實(shí)現(xiàn)微機(jī)程控。

3、本發(fā)明對(duì)負(fù)載電壓和系統(tǒng)內(nèi)主要發(fā)熱器件的溫度進(jìn)行監(jiān)測(cè)，通過單片機(jī)編程，可實(shí)現(xiàn)低壓報(bào)警和過熱報(bào)警功能，即當(dāng)監(jiān)測(cè)的值超出安全范圍時(shí)自動(dòng)切斷電流輸出并發(fā)出相應(yīng)的報(bào)警指示，有效提高了系統(tǒng)工作的安全性。

4、本發(fā)明具有軟啟動(dòng)功能，有效減小了恒流源輸出電流的瞬間對(duì)負(fù)載器件的沖擊。

附圖說明：

圖1是本發(fā)明一種數(shù)字式程控恒流源的整體原理框圖。

圖2是單片機(jī)模塊1的原理電路圖。

圖3是顯示模塊2的原理電路圖。

圖4是指示燈模塊3的原理電路圖。

圖5是按鍵模塊4的原理電路圖。

圖6是編碼器模塊5的原理電路圖。

圖7是PC程控模塊6的原理電路圖。

圖8是軟啟動(dòng)模塊7的原理電路圖。

圖9是數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊8的原理電路圖。

圖10是輸出模塊9的原理電路圖。

圖11是采樣監(jiān)測(cè)模塊10的原理電器圖。

圖12是本發(fā)明的前面板11的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖，說明本發(fā)明各部分電路的具體結(jié)構(gòu)和工作原理。附圖中所標(biāo)參數(shù)為各實(shí)施例的優(yōu)選電路參數(shù)。

實(shí)施例1系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)

如圖1和圖12所示，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)有單片機(jī)模塊1、顯示模塊2、指示燈模塊3、按鍵模塊4、編碼器模塊5、PC程控模塊6、軟啟動(dòng)模塊7、數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊8、輸出模塊9、采樣監(jiān)測(cè)模塊10和前面板11。

實(shí)施例2單片機(jī)模塊

如圖2所示，所述的單片機(jī)模塊1的結(jié)構(gòu)為，單片機(jī)U1的電源端和接地端分別接+5V電源和數(shù)字地，電源端還通過電容C1接數(shù)字地，端口X1和端口X2之間接晶振Y1，端口X1和端口X2還分別通過電容C2和電容C3接數(shù)字地，端口P00～端口P07分別通過電阻R1～電阻R8接+5V電源，所述的單片機(jī)U1的型號(hào)是STC89C51，P0口(P00～P07)、P1口(P10～P17)、P2口(P20～P27)為普通輸入/輸出口，本發(fā)明中使用P0口作為單片機(jī)與A/D、D/A以及顯示芯片的數(shù)據(jù)交換口，將P2口、P3口的各個(gè)引腳用作控制端，實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)中各芯片協(xié)調(diào)工作，此外，該單片機(jī)還有端口X1和端口X2是單片機(jī)的晶振輸入端，由外部晶振給單片機(jī)提供工作主頻，端口RESET為單片機(jī)的復(fù)位端口，端口RD為外部存儲(chǔ)器讀控制端，端口WR為外部存儲(chǔ)器寫控制端，端口RXD為串行輸入口，端口TXD為串行輸出口，中斷口INT0和中斷口INT1為2個(gè)外部中斷口，端口T0和端口T1為記時(shí)器0和記時(shí)器1的外部輸入口。單片機(jī)模塊1負(fù)責(zé)整個(gè)系統(tǒng)的控制工作，用于協(xié)調(diào)各個(gè)功能模塊實(shí)現(xiàn)所需的功能。

實(shí)施例3顯示模塊

如圖3所示，所述的顯示模塊2的結(jié)構(gòu)為，顯示屏U2的端口D0～端口D7分別接單片機(jī)U1的端口P00～端口P07，顯示屏U2的端口EN、端口R/W和端口RS分別接單片機(jī)U1的端口P10、端口WR和端口RD，顯示屏U2的端口VL和端口BL-接數(shù)字地，端口BL+接滑動(dòng)變阻器W1的滑線端，端口VDD和端口VSS分別接+5V電源和數(shù)字地，端口VDD和端口VSS之間還接有電容C4，滑動(dòng)變阻器W1的一端接+5V電源，另一端接數(shù)字地。顯示屏U2的型號(hào)為L(zhǎng)CD1602，它是一個(gè)16*2的集成液晶顯示屏，共14個(gè)引腳，端口VDD和端口VSS分別為電源正極和電源地，端口VL為液晶顯示偏壓，端口RS為數(shù)據(jù)/命令選擇，端口R/W為讀/寫選擇，端口EN為使能信號(hào)，端口D0～端口D7為8位數(shù)據(jù)通道，端口BL+和端口BL-分別為背光源正負(fù)極。顯示屏U2位于前面板11上，用于顯示系統(tǒng)工作參數(shù)。

實(shí)施例4指示燈模塊

如圖4所示，所述的指示燈模塊3的結(jié)構(gòu)為，電阻R15～電阻R20的一端分別接單片機(jī)U1的端口P11～端口P16，電阻R15～電阻R20的另一端分別接場(chǎng)效應(yīng)管Q1～場(chǎng)效應(yīng)管Q6的柵極，場(chǎng)效應(yīng)管Q1～場(chǎng)效應(yīng)管Q6的源極均接模擬地，漏極分別通過電阻R9～電阻R14接發(fā)光二極管D1～發(fā)光二極管D6的陰極，發(fā)光二極管D1～發(fā)光二極管D6的陽極均接+12V電源。其中，發(fā)光二極管D1～發(fā)光二極管D6均位于前面板11上，為前面板11上的6個(gè)狀態(tài)指示燈，用于指示系統(tǒng)的各種工作狀態(tài)。

實(shí)施例5按鍵模塊

如圖5所示，所述的按鍵模塊4的結(jié)構(gòu)為，開關(guān)S1、開關(guān)S2的一端與電容C5、電容C6的一端均接數(shù)字地，開關(guān)S1的另一端和電容C5的另一端相連，同時(shí)接電阻R21的一端和施密特觸發(fā)器U3A的輸入端，電阻R21的另一端接+5V電源，開關(guān)S2的另一端和電容C6的另一端相連，同時(shí)接電阻R22的一端和施密特觸發(fā)器U3B的輸入端，電阻R22的另一端接+5V電源，施密特觸發(fā)器U3A、施密特觸發(fā)器U3B的輸出端分別接單片機(jī)U1的端口P17和端口P20。其中開關(guān)S1、開關(guān)S2分別是前面板11上的顯示模式選擇按鍵1103和軟啟動(dòng)按鍵1110，這是兩個(gè)觸點(diǎn)式按鍵開關(guān)，用于給單片機(jī)輸入控制信號(hào)，該模塊中的施密特觸發(fā)器用于消除按鍵的抖動(dòng)噪聲。

實(shí)施例6編碼器模塊

如圖6所示，所述的編碼器模塊5的結(jié)構(gòu)為，旋轉(zhuǎn)編碼器Encoder1的1腳接電阻R23的一端、電容C7的一端和施密特觸發(fā)器U3C的輸入端，2腳接電阻R24的一端、電容C8的一端和施密特觸發(fā)器U3D的輸入端，3腳接數(shù)字地，電阻R23和電阻R24的另一端均接+5V電源，電容C7和電容C8的另一端均接數(shù)字地，施密特觸發(fā)器U3C和施密特觸發(fā)器U3D的輸出端分別接單片機(jī)U1的中斷口INT0和中斷口INT1。旋轉(zhuǎn)編碼器Encoder1位于前面板11上，用于設(shè)置系統(tǒng)所需的參數(shù)，施密特觸發(fā)器電路用于消除旋轉(zhuǎn)編碼器的抖動(dòng)噪聲。

實(shí)施例7PC程控模塊

如圖7所示，所述的PC程控模塊6的結(jié)構(gòu)為，電平轉(zhuǎn)換芯片U4的端口VCC和端口GND分別接+5V電源和數(shù)字地，端口V+通過電容C9接+5V電源，端口V-通過電容C10接數(shù)字地，端口C1+和端口C1-之間接電容C11，端口C2+和端口C2-之間接電容C12，端口T1IN和端口R1OUT分別接單片機(jī)U1的端口TXD和端口RXD，端口R1IN和端口T1OUT分別接D形接口J1的3腳和2腳，D形接口J1的5腳接數(shù)字地，所述的電平轉(zhuǎn)換芯片U4的型號(hào)是MAX232，它是一個(gè)TTL-RS232轉(zhuǎn)換芯片，端口V+(2腳)、端口V-(6腳)、端口C1+(1腳)、端口C1-(3腳)、端口C2+(4腳)和端口C2-(5腳)內(nèi)部電荷泵電路端口，配合外部的電容C9～電容C12用來產(chǎn)生+12V和-12V電源的；端口R1IN(13腳)、端口R1OUT(12腳)、端口T1IN(11腳)和端口T1OUT(14腳)為第一數(shù)據(jù)通道，端口R2IN(8腳)、端口R2OUT(9腳)、端口T2IN(10腳)和端口T2OUT(7腳)為第二數(shù)據(jù)通道，端口VCC(16腳)和端口GND(15腳)分別是電源端和接地。D形接口J1是一個(gè)9針D形接口。PC程控模塊6負(fù)責(zé)本發(fā)明的單片機(jī)和微機(jī)之間的數(shù)據(jù)通信，通過該模塊可實(shí)現(xiàn)單片機(jī)的程序下載以或微機(jī)程控功能。

實(shí)施例8軟啟動(dòng)模塊

如圖8所示，所述的軟啟動(dòng)模塊7的結(jié)構(gòu)為，電阻R25的一端接單片機(jī)U1的端口P21，另一端接三極管T1的基極，三極管T1的發(fā)射極接+5V電源，集電極接電阻R26的一端、電容C13的一端和場(chǎng)效應(yīng)管Q7的柵極，電阻R26和電容C17的另一端均接模擬地，場(chǎng)效應(yīng)管Q7的源極接模擬地，漏極記為端口SoftStart，與輸出模塊9的端口SoftStart_in相連。當(dāng)單片機(jī)的端口P21為低電平時(shí)，三極管T1導(dǎo)通，場(chǎng)效應(yīng)管Q7也導(dǎo)通，使得端口SoftStart處的電壓接近0，因此使得輸出模塊9的有效輸入電壓為0，不會(huì)產(chǎn)生輸出電流；當(dāng)按下前面板11上的軟啟動(dòng)按鍵1110時(shí)，單片機(jī)的端口P21的狀態(tài)轉(zhuǎn)為高電平，三極管T1截止，但由于電容C13的儲(chǔ)能作用，場(chǎng)效應(yīng)管Q7的柵極電壓不會(huì)立刻變成0，而是隨著電容C13和電阻R26的放電過程平緩下降到0，場(chǎng)效應(yīng)管Q7也從全導(dǎo)通狀態(tài)平緩過渡到全截止?fàn)顟B(tài)，輸出模塊9的有效輸入電壓也會(huì)隨端口SoftStart的電壓從0平緩升高到正常電壓，在此過程中，產(chǎn)生的輸出電流也是從0逐漸升高到設(shè)定電流值的，從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的軟啟動(dòng)，避免了對(duì)負(fù)載的上電沖擊。

實(shí)施例9數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊

如圖9所示，所述的數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊8的結(jié)構(gòu)為，數(shù)模轉(zhuǎn)換器U5的數(shù)字信號(hào)輸入端口與單片機(jī)U1的端口P0相連，數(shù)模轉(zhuǎn)換器U5的端口BYTE1/BYTE2與單片機(jī)U1的端口P22相連，數(shù)模轉(zhuǎn)換器U5的端口CS與單片機(jī)U1的端口P23相連，數(shù)模轉(zhuǎn)換器U5的端口WR1、端口WR2均與單片機(jī)U1的端口WR相連，端口XFER與單片機(jī)U1的端口RD相連，數(shù)模轉(zhuǎn)換器U5的電源端接+5V電源，端口DGND接數(shù)字地，端口AGND和端口Iout2接模擬地，端口Rfb通過可調(diào)電阻W1接模擬地，端口Iout1接運(yùn)放U6A的同相輸入端，運(yùn)放U6A的正負(fù)電源端分別接+12V電源和模擬地，反相輸入端和輸出端之間接可調(diào)電阻W2，反相輸入端還通過電阻R27接模擬地，數(shù)模轉(zhuǎn)換器U5的參考電壓輸入端Vref記為端口V_refer_in，接采樣監(jiān)測(cè)模塊10中的端口V_refer，運(yùn)放U6A的輸出端記為端口I_ctr，與輸出模塊9中的端口I_ctr_in相連。所述的數(shù)模轉(zhuǎn)換器U5的型號(hào)是DAC1232LCJ，它是一個(gè)12位數(shù)模轉(zhuǎn)換器，20個(gè)引腳，引腳13～16、4～7為數(shù)字信號(hào)輸入端口，端口BYTE1/BYTE2(19腳)為字節(jié)序列控制端口，端口CS為片選端口，端口WR1、端口WR2為數(shù)據(jù)讀取控制端口，端口XFER為轉(zhuǎn)換控制端口，端口Vcc為電源輸入端，端口Vref為參考電壓輸入端口，端口Rfb為反饋電阻輸入端口，端口Iout1、端口Iout2轉(zhuǎn)換電流輸出端口，端口AGND和端口DGND分別為模擬地和數(shù)字地端口。數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊8負(fù)責(zé)將單片機(jī)送出的數(shù)字量轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)的模擬電壓，為輸出模塊9提供控制電壓。

實(shí)施例10輸出模塊

如圖10所示，所述的輸出模塊9的結(jié)構(gòu)為，電阻R30的一端接+12V電源，另一端接電容C14的一端、可調(diào)電阻W3的一端、運(yùn)放U6B的反相輸入端和運(yùn)放U7A的輸出端，電容C14的另一端接運(yùn)放U6B的輸出端、電容C15的一端和電阻R31的一端，電容C15的另一端接模擬地，電阻R31的另一端接達(dá)林頓管TN1的基極，運(yùn)放U6B的同相輸入端接電阻R28的一端，并作為軟啟動(dòng)輸入端，記為端口SoftStart_in，接軟啟動(dòng)模塊7的端口SoftStart，電阻R28的另一端作為電流控制輸入端，記為端口I_ctr_in，接數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊8的端口I_ctr，可調(diào)電阻W3的另一端接電阻R32的一端，電阻R32的另一端接電阻R29的一端和運(yùn)放U7A的反相輸入端，電阻R29的另一端接模擬地，運(yùn)放U7A的正負(fù)電源端分別接+12V電源和模擬地，達(dá)林頓管TN1的集電極接+12V電源，發(fā)射極作為輸出端正極，記為端口Out+，運(yùn)放U7A的同相輸入端接電阻Rs1的一端，并作為輸出端負(fù)極，記為端口Out-，電阻Rs1的另一端接模擬地。輸出模塊9是一個(gè)帶負(fù)反饋網(wǎng)絡(luò)的壓控恒流源，負(fù)責(zé)將端口I_ctr_in處的電壓(由數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊8提供)轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)的電流輸出，端口SoftStart_in受軟啟動(dòng)模塊7控制。

實(shí)施例11采樣監(jiān)測(cè)模塊

如圖11所示，所述的采樣監(jiān)測(cè)模塊10的結(jié)構(gòu)為，模數(shù)轉(zhuǎn)換器U11的端口CLK通過電容C16接數(shù)字地，片選端口CS接單片機(jī)U1的端口P24，讀、寫端口RD、WR分別接單片機(jī)U1的讀、寫端口RD、WR，端口HBEN接單片機(jī)U1的端口P25，端口SHDN接+5V電源，模數(shù)轉(zhuǎn)換器U11的數(shù)據(jù)輸出端和單片機(jī)U1的端口P0按高位對(duì)高位、低位對(duì)低位的方式依次相連，模數(shù)轉(zhuǎn)換器U11的端口Vdd接+5V電源，端口DGND接數(shù)字地，端口AGND接模擬地，端口INT接單片機(jī)U1的端口P26，端口CH3～端口CH7均接模擬地，端口REF和端口REFADJ分別通過電容C18和電容C17接模擬地，端口REF還接運(yùn)放U7B的同相輸入端，運(yùn)放U7B的反相輸入端和輸出端相連，并作為參考電壓端，記為端口V_refer，接模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊8的端口V_refer_in，模數(shù)轉(zhuǎn)換器U11的端口CH2接滑動(dòng)變阻器P2的滑線端，滑動(dòng)變阻器P2的一端接模擬地，另一端接運(yùn)放U8B的輸出端，運(yùn)放U8B的輸出端和反相輸入端之間接電阻R33，反相輸入端還接電阻34的一端和可調(diào)電阻W4的一端，電阻R34的另一端接電阻R35的一端和運(yùn)放U8A的輸出端，可調(diào)電阻W4的另一端接電阻R36的一端，電阻R35和電阻R36的另一端均接電阻R37的一端和運(yùn)放U8A的反相輸入端，電阻R37的另一端接模擬地，運(yùn)放U8A的正負(fù)電源端分別接+12V電源和模擬地，運(yùn)放U8B和運(yùn)放U8A的同相輸入端分別作為電壓采樣輸入的正、負(fù)極，記為端口V_sample+和端口V_sample-，分別接輸出模塊9的端口Out+和端口Out-，運(yùn)放U9A的正負(fù)電源端分別接+12V電源和模擬地，同相輸入端作為電流采樣端，記為端口I_sample，接輸出模塊9的端口Out-，運(yùn)放U9A的反相輸入端接電阻R44的一端和電阻R45的一端，電阻R45的另一端接模擬地，電阻R44的另一端接可調(diào)電阻W5的一端，可調(diào)電阻W5的另一端接運(yùn)放U9A的輸出端和模數(shù)轉(zhuǎn)換器U11的端口CH1，穩(wěn)壓二極管D7的陰極接+5V電源，陽極接電阻R42的一端和運(yùn)放U10A的同相輸入端，電阻R42的另一端接模擬地，運(yùn)放U10A的正負(fù)電源端分別接+12V電源和模擬地，反相輸入端和輸出端之間接電容C19，輸出端還通過電阻R41接三極管T2的基極，反相輸入端還接電阻R43的一端和三極管T2的發(fā)射極，電阻R43的另一端接+5V電源，三極管T2的集電極接電阻R38的一端和熱敏電阻Rt1的一端，熱敏電阻Rt1的另一端接模擬地，電阻R38的另一端接運(yùn)放U9B的同相輸入端，運(yùn)放U9B的反相輸入端接電阻R39的一端和電阻R40的一端，電阻R40的另一端接模擬地，電阻R39的另一端接可調(diào)電阻W6，可調(diào)電阻W6的另一端接運(yùn)放U9B的輸出端和模數(shù)轉(zhuǎn)換器U11的端口CH0；熱敏電阻Rt1、達(dá)林頓管TN1和電阻Rs1均貼在同一塊散熱片上。所述的模數(shù)轉(zhuǎn)換器U11的型號(hào)是MAX197，它是一個(gè)8通道12位模數(shù)轉(zhuǎn)換器，28個(gè)引腳，其中引腳7～引腳14是數(shù)據(jù)輸出端，端口HBEN為數(shù)據(jù)高低位選擇控制端，用于12位轉(zhuǎn)換結(jié)果的多路復(fù)用，端口CS為片選端口，端口RD和端口WR分別為讀寫控制端口，端口CLK為時(shí)鐘輸入端口，端口SHDN為電源關(guān)閉模式設(shè)置端口，端口Vdd為電源端口，端口DGND和端口AGND分別為數(shù)字地和模擬地端口，端口CH0～端口CH7為8個(gè)模擬信號(hào)輸入通道，端口INT為中斷輸出端口，當(dāng)轉(zhuǎn)換結(jié)束且數(shù)據(jù)可被訪問時(shí)，該端口變?yōu)榈碗娖剑丝赗EFADJ為帶寬基準(zhǔn)電壓調(diào)整端口，端口REF為基準(zhǔn)緩存輸出/緩存輸入端口，在內(nèi)部基準(zhǔn)緩存模式時(shí)，輸出4.096V的基準(zhǔn)電壓，用于給數(shù)模轉(zhuǎn)換器提供參考電壓，本發(fā)明中還利用運(yùn)放U7B構(gòu)成一個(gè)緩沖電路以提高基準(zhǔn)電壓的穩(wěn)定性。采樣監(jiān)測(cè)模塊10利用模數(shù)轉(zhuǎn)換器U11的3個(gè)模擬信號(hào)輸入通道以及相應(yīng)的輔助電路，可實(shí)現(xiàn)對(duì)輸出電流、負(fù)載電壓和系統(tǒng)溫度的取樣并轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)送回單片機(jī)U1。其中運(yùn)放U10A、運(yùn)放U9B、穩(wěn)壓二極管D7、三極管T2和熱敏電阻Rt1及相應(yīng)的輔助電路構(gòu)成一個(gè)溫度測(cè)量電路，用于監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的溫度值，并將溫度值轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的模擬電壓，再由模數(shù)轉(zhuǎn)換器U11的通道CH0轉(zhuǎn)換成數(shù)字量送回至單片機(jī)U1，當(dāng)溫度值超過安全范圍時(shí)，單片機(jī)將控制模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊8以及軟啟動(dòng)模塊7切斷輸出模塊的有效控制電壓，使輸出為0，同時(shí)控制前面板11上的過熱報(bào)警指示燈1109閃爍以提示用戶，溫度值的安全范圍可在單片機(jī)編程時(shí)預(yù)先設(shè)定，由于本系統(tǒng)中主要的發(fā)熱器件是達(dá)林頓管TN1和電阻Rs1，因此安裝時(shí)需要將熱敏電阻Rt1、達(dá)林頓管TN1和電阻Rs1貼在同一個(gè)散熱片上，為了提高測(cè)溫的準(zhǔn)確度，可以把熱敏電阻Rt1放置在達(dá)林頓管TN1和電阻Rs1的中間，且熱敏電阻Rt1與達(dá)林頓管TN1和電阻Rs1的距離均為3cm。運(yùn)放U9A構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)用于對(duì)輸出電流采樣，該電路通過對(duì)輸出模塊9中的取樣電阻Rs1上的電壓進(jìn)行測(cè)量并通過模數(shù)轉(zhuǎn)換器U11的通道CH1轉(zhuǎn)換成數(shù)字量送回至單片機(jī)U1，在單片機(jī)編程時(shí)將該測(cè)量值除以取樣電阻Rs1的值(0.1歐姆)即得輸出電流值。運(yùn)放U8A和運(yùn)放U8B構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)用于測(cè)量負(fù)載上的電壓(即輸出電壓)并由模數(shù)轉(zhuǎn)換器U11的通道CH2轉(zhuǎn)換成數(shù)字量送回至單片機(jī)U1，為了系統(tǒng)的安全工作，在對(duì)單片機(jī)編程時(shí)，可以設(shè)定一個(gè)判定條件：當(dāng)輸出電流大于預(yù)設(shè)值、且輸出電壓低于預(yù)設(shè)值(該情況意味著在負(fù)載過小或短路情況下系統(tǒng)輸出大電流，很容易燒壞達(dá)林頓管TN1和取樣電阻Rs1)時(shí)關(guān)閉輸出電流且前面板11上的低壓報(bào)警指示燈1108閃爍。

實(shí)施例12前面板

如圖12所示，所述的前面板11的結(jié)構(gòu)有，顯示屏1101、電源開關(guān)1102、顯示模式選擇按鍵1103、限制電流指示燈1104、輸出電流指示燈1105、輸出電壓指示燈1106、參數(shù)調(diào)節(jié)旋鈕1107、低壓報(bào)警指示燈1108、過熱報(bào)警指示燈1109、軟啟動(dòng)按鍵1110、電流輸出指示燈1111和電流輸出端口1112；其中，顯示屏1101是顯示模塊2中所述的顯示屏U2，型號(hào)為L(zhǎng)CD1602，電源開關(guān)1102是整個(gè)裝置的總開關(guān)，顯示模式選擇按鍵1103和軟啟動(dòng)按鍵1110分別是按鍵模塊4中所述的開關(guān)S1和開關(guān)S2，限制指示燈1104、輸出指示燈1105、輸出電壓指示燈1106、低壓報(bào)警指示燈1108、過熱報(bào)警指示燈1109和電流輸出指示燈1111這6個(gè)指示燈分別是指示燈模塊3中所述的發(fā)光二極管D1～發(fā)光二極管D6，參數(shù)調(diào)節(jié)旋鈕1107是編碼器模塊5中所述的旋轉(zhuǎn)編碼器Encoder1，電流輸出端口1112的正負(fù)極分別與輸出模塊9的端口Out+、端口Out-相連。

實(shí)施例13本發(fā)明的工作過程

參考附圖1的整體框圖和附圖12的前面板，本發(fā)明的工作過程如下：由顯示模式選擇按鍵1103選擇要顯示的參數(shù)并通過顯示屏1101進(jìn)行顯示，在顯示限制電流或輸出電流時(shí)，可通過參數(shù)調(diào)節(jié)旋鈕1107進(jìn)行參數(shù)設(shè)置并送入單片機(jī)模塊1。單片機(jī)首先判斷設(shè)定的輸出電流值是否小于限制電流值，如果是，則將設(shè)定的輸出電流值(數(shù)字量)送至數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊8，如果否則將限制電流值(數(shù)字量)送至數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊8，由數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊8將單片機(jī)送來的數(shù)字量轉(zhuǎn)換成模擬電壓再輸出至輸出模塊9，在沒有按下軟啟動(dòng)按鍵1110時(shí)，軟啟動(dòng)模塊7會(huì)將輸出模塊9的有效輸入電壓鉗位在0，輸出模塊不會(huì)輸出電流，當(dāng)按下軟啟動(dòng)按鍵1110時(shí)，軟啟動(dòng)模塊7執(zhí)行軟啟動(dòng)的過程，輸出模塊9的輸出電流將從0平緩上升到設(shè)定值。采樣監(jiān)測(cè)模塊10實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)輸出電流值、負(fù)載電壓值和系統(tǒng)溫度值并送回單片機(jī)，當(dāng)系統(tǒng)溫度值超過安全值或輸出電流超過設(shè)定值且負(fù)載電壓小于設(shè)定值時(shí)，單片機(jī)將向數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊8送出數(shù)字量0同時(shí)將軟啟動(dòng)模塊7設(shè)定成關(guān)閉狀態(tài)，以切斷輸出模塊9的輸出電流，前面板11上的過熱報(bào)警指示燈1109或低壓報(bào)警指示燈1108會(huì)閃爍以提示用戶關(guān)閉系統(tǒng)。工作過程中單片機(jī)還把采樣監(jiān)測(cè)模塊10監(jiān)測(cè)的輸出電流值和通過前面板11的參數(shù)調(diào)節(jié)旋鈕1107設(shè)定的電流值進(jìn)行比較，如果兩者不相等，則將差值進(jìn)行PID運(yùn)算，并根據(jù)運(yùn)算結(jié)果自動(dòng)調(diào)整向數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊8輸出的數(shù)字量，直至兩者相等，本發(fā)明通過以上的工作過程有效提高了系統(tǒng)工作的穩(wěn)定性和安全性。